本发明涉及数据处理的，特别涉及一种超精密金刚石车床的曲面加工路径生成方法和系统。
背景技术：
1、在航空航天、光学器件和精密仪器等领域，复杂曲面的加工质量直接影响产品的性能和可靠性。传统的加工路径生成方法往往基于几何特征的简单提取，虽然能满足一定的加工精度要求，但在面对更复杂的曲面形状时，容易导致加工误差累积，从而影响最终的表面质量。
2、随着曲面加工需求的复杂性增加，现有的路径生成算法在曲面连续性、光滑性以及加工效率上暴露出明显的不足。例如，传统的路径生成方法在处理自由曲面时，常常难以确保刀具轨迹的均匀性和加工过程的稳定性，导致曲面上出现波纹或粗糙度不均的问题。这种情况在超精密加工中尤为显著，因为微小的轨迹偏差都会对表面质量产生显著影响。
3、针对该技术问题，目前尚未得到解决方案。
技术实现思路
1、本发明的主要目的为提供一种超精密金刚石车床的曲面加工路径生成方法和系统，以解决现有的路径生成算法在曲面连续性、光滑性以及加工效率上暴露出明显的不足的技术问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种超精密金刚石车床的曲面加工路径生成方法，其特征在于，包括以下步骤：基于三维扫描设备对待加工曲面进行扫描处理，得到所述待加工曲面的三维点云数据；基于所述三维点云数据进行全局曲率计算，并基于计算结果将所述待加工曲面划分为多个曲面子区域；分别对所述多个曲面子区域生成对应的初始加工路径，并对所述多个曲面子区域的初始加工路径进行优化处理，得到目标加工路径；对所述目标加工路径进行全面验证，并在所述目标加工路径通过全面验证的情况下，将所述目标加工路径导入至所述超精密金刚石车床进行加工执行处理。
3、可选的，在基于三维扫描设备对待加工曲面进行扫描处理，得到所述待加工曲面的三维点云数据之后，所述曲面加工路径生成方法还包括：计算所述三维点云数据中的每个数据点的邻域平均值，并识别邻域平均值高于第一预设阈值的目标数据点，以及消除所述三维点云数据中的目标数据点，得到第一三维点云数据；将所述第一三维点云数据中的点云划分为等间距的体素网格，并在每个网格中保留第二预设阈值的点云，以及将每个网格中保留的点云进行集合处理，得到第二三维点云数据；使用刚性变换算法，将所述第二三维点云数据变换到所述超精密金刚石车床的加工坐标系下，并在所述刚性变换算法对所述第二三维点云数据进行变换处理的过程中，通过迭代最近点算法调整所述刚性变换算法的变换参数，直至经所述刚性变换算法进行变换处理的所述第二三维点云数据的坐标对齐误差低于第三阈值，得到第三三维点云数据；在所述第三三维点云数据中选取多个点云作为第一控制点，并基于所述第一控制点构建nurbs曲面模型，以及采用最小二乘法对所述nurbs曲面模型中的第一控制点的位置进行调整处理，令所述nurbs曲面模型逼近所述第三三维点云数据，得到目标曲面模型。
4、可选的，基于所述三维点云数据进行全局曲率计算，并基于计算结果将所述待加工曲面划分为多个曲面子区域，包括：计算所述目标曲面模型在各点处的法向量和切向量，并基于所述法向量和切向量对所述目标曲面模型进行曲面参数方程求解处理，得到曲率数据，其中，所述曲率数据至少包括：主曲率、高斯曲率和平均曲率；基于所述曲率数据构建所述目标曲面模型的全局曲率场，其中，所述全局曲率场为等高线图或热图；基于所述全局曲率场，将所述目标曲面模型划分为多个初始曲面子区域，其中，不同的初始曲面子区域对应不同的曲率范围；确定所述多个初始曲面子区域之间的交接区域，并基于所述交接区域在所述全局曲率场中对应的曲率数据，在所述多个初始曲面子区域中引入过度区，得到最终的多个曲面子区域。
5、可选的，分别对所述多个曲面子区域生成对应的初始加工路径，包括：基于所述多个曲面子区域的曲率范围，将所述多个曲面子区域划分为第一类曲面子区域和第二类曲面子区域，其中，所述第一类曲面子区域对应的曲率范围比所述第二类曲面子区域对应的曲率范围高；采用轮廓跟随法，对所述第二类曲面子区域进行路径生成处理，得到所述第二类曲面子区域分别对应的初始加工路径；采用平行切削法，对所述第一类曲面子区域进行路径生成处理，得到所述第一类曲面子区域分别对应的初始加工路径。
6、可选的，对所述多个曲面子区域的初始加工路径进行优化处理，得到目标加工路径，包括：模拟所述多个曲面子区域的初始加工路径在加工过程中的运动轨迹，识别模拟过程中的刀具和工件之间的干涉数据，并基于所述干涉数据对所述初始加工路径进行调整，得到第一加工路径；采用bezier曲线拟合方法，对所述第一加工路径中的尖锐转折点和不连续区域进行平滑调整，以及剔除所述第一加工路径中的冗余路径，得到第二加工路径；获取所述待加工曲面的材料特性数据，并结合所述第二加工路径在所述全局曲率场中对应的曲率数据进行计算处理，得到所述第二加工路径生成加工参数，其中，所述加工参数包括：刀具给进速度和主轴转速。
7、可选的，模拟所述多个曲面子区域的初始加工路径在加工过程中的运动轨迹，识别模拟过程中的刀具和工件之间的干涉数据，并基于所述干涉数据对所述初始加工路径进行调整，得到第一加工路径，包括：模拟所述多个曲面子区域的初始加工路径在加工过程中的运动轨迹，并基于所述运动轨迹计算每个路径点对应的刀具和工件之间的相对运动轨迹；基于所述每个路径点对应的刀具和工件之间的相对运动轨迹，确定各个路径点的刀具位置和工件表面位置；计算所述各个路径点的刀具位置和工件表面位置之间的距离值，并在所述距离值小于切削余量的情况下，确定所述距离值对应的路径点为干涉点；基于所述干涉点对所述初始加工路径进行调整，并采用调整后的初始加工路径执行“模拟所述多个曲面子区域的初始加工路径在加工过程中的运动轨迹”，直至所有路径点对应的距离值均大于所述切削余量，得到最终调整后的第一加工路径。
8、可选的，采用bezier曲线拟合方法，对所述第一加工路径中的尖锐转折点和不连续区域进行平滑调整，以及剔除所述第一加工路径中的冗余路径，得到第二加工路径，包括：识别所述第一加工路径中的尖锐转折点，并在所述尖锐转折点附件插入多个第二控制点，并基于所述多个第二控制点拟合出一条bezier曲线，并采用拟合出的所述bezier曲线替换所述第一加工路径中的尖锐转折点对应的尖锐转折段，得到第三加工路径；识别所述第三加工路径中的不连续区域，并采用插值计算法在所述不连续区域附近插入多个第三控制点，并基于所述第三控制点拟合出一条bezier曲线，并采用拟合出的所述bezier曲线连接所述不连续区域对应的第三加工路径，得到第四加工路径；分析所述第四加工路径的路径密度，基于所述路径密度识别路径覆盖率高于第三预设阈值的冗余区域，对冗余区域的第四加工路径进行筛选处理，并剔除多余的加工路径，得到所述第二加工路径。
9、可选的，获取所述待加工曲面的材料特性数据，并结合所述第二加工路径在所述全局曲率场中对应的曲率数据进行计算处理，得到所述第二加工路径生成加工参数，包括：获取所述待加工曲面的材料特性数据，其中，所述材料特性数据包括：材料硬度、材料导热性和材料磨蚀性；采用多变量优化算法，基于所述材料特性数据中的材料硬度数据，结合第一经验系数，计算初步刀具给进速度，基于所述材料特性数据中的材料导热性和材料磨蚀性，结合第二经验系数，计算初步主轴转速；基于所述第二加工路径在所述全局曲率场中对应的曲率数据对所述初步刀具给进速度和所述初步主轴转速进行调整，得到最终的刀具给进速度和主轴转速。
10、本发明还提供了一种超精密金刚石车床的曲面加工路径生成系统，其特征在于，包括：获取单元，用于基于三维扫描设备对待加工曲面进行扫描处理，得到所述待加工曲面的三维点云数据；划分单元，用于基于所述三维点云数据进行全局曲率计算，并基于计算结果将所述待加工曲面划分为多个曲面子区域；优化单元，用于分别对所述多个曲面子区域生成对应的初始加工路径，并对所述多个曲面子区域的初始加工路径进行优化处理，得到目标加工路径；导入单元，用于对所述目标加工路径进行全面验证，并在所述目标加工路径通过全面验证的情况下，将所述目标加工路径导入至所述超精密金刚石车床进行加工执行处理。
11、本发明还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
12、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的方法的步骤。
13、本发明提供的超精密金刚石车床的曲面加工路径生成方法和系统，通过一系列精细的步骤来实现高精度的曲面加工。首先，通过三维扫描设备对待加工曲面进行扫描，精确获取其三维点云数据，确保了对加工对象的全面掌握。接着，通过全局曲率计算，将复杂的曲面划分为多个子区域，以便于根据曲率特性分别生成初始加工路径，确保在不同曲率区域采用最优的加工策略。
14、在初步路径生成后，方法通过对初始加工路径的优化处理，进一步减少加工中的干涉和误差，得到更加精确的目标加工路径。随后，对目标加工路径进行全面验证，以确保路径的可靠性和可行性，避免实际加工中的失误。最终，在验证通过后，路径被导入至超精密金刚石车床进行实际加工，从而实现高精度、高质量的曲面加工。
15、这种方法的技术效果显著，主要体现在对复杂曲面的精准加工能力上。通过分区域的曲率计算和路径优化，能够极大地提升加工精度和表面质量，同时降低加工过程中的刀具磨损和误差发生的概率。最终的结果是能够在超精密加工中实现更高的表面光洁度和形状精度，满足高端制造业的严苛要求。
1.一种超精密金刚石车床的曲面加工路径生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的曲面加工路径生成方法，其特征在于，在基于三维扫描设备对待加工曲面进行扫描处理，得到所述待加工曲面的三维点云数据之后，所述曲面加工路径生成方法还包括：
3.根据权利要求2所述的曲面加工路径生成方法，其特征在于，基于所述三维点云数据进行全局曲率计算，并基于计算结果将所述待加工曲面划分为多个曲面子区域，包括：
4.根据权利要求1所述的曲面加工路径生成方法，其特征在于，分别对所述多个曲面子区域生成对应的初始加工路径，包括：
5.根据权利要求3所述的曲面加工路径生成方法，其特征在于，对所述多个曲面子区域的初始加工路径进行优化处理，得到目标加工路径，包括：
6.根据权利要求5所述的曲面加工路径生成方法，其特征在于，模拟所述多个曲面子区域的初始加工路径在加工过程中的运动轨迹，识别模拟过程中的刀具和工件之间的干涉数据，并基于所述干涉数据对所述初始加工路径进行调整，得到第一加工路径，包括：
7.根据权利要求5所述的曲面加工路径生成方法，其特征在于，采用bezier曲线拟合方法，对所述第一加工路径中的尖锐转折点和不连续区域进行平滑调整，以及剔除所述第一加工路径中的冗余路径，得到第二加工路径，包括：
8.根据权利要求5所述的曲面加工路径生成方法，其特征在于，获取所述待加工曲面的材料特性数据，并结合所述第二加工路径在所述全局曲率场中对应的曲率数据进行计算处理，得到所述第二加工路径生成加工参数，包括：
9.一种超精密金刚石车床的曲面加工路径生成系统，其特征在于，包括：
